800.000 Jahre Klimageschichte von Devils Hole

In der Amargosa Wüste im Süden von Nevada befindet sich eine Unterwasserhöhle, die eine Fülle an Informationen über die Klimageschichte dieses Teiles der USA birgt. Das Grundwasser, das durch diese Höhle fließt, lagert langsam an den Wänden Kalzit ab. Über die Zeit hat sich eine dicke Lage an kontinuierlich gewachsenem Kalzit gebildet, der die geochemische Geschichte des Grundwassers, und damit den regionalen Klimas, über die vergangenen etwa 1 Million Jahre gespeichert hat. Durch die Analyse dieses einzigartigen Archivs können hydroklimatische Änderungen im Südwestteil der USA über lange (103 bis 105 jährige) Zeitskalen bestimmt werden. Damit kann der Frage nachgegangen werden, ob die langfristige Änderung der Sonneneinstrahlung (Insolation) der primäre Antrieb der Eiszeitzyklen während des Pleistozäns war (entsprechend der Milankovic Theorie), oder ob diese durch interne Rückkoppelungen im Klimasystem ausgelöst wurden. In einem Vorläuferprojekt haben wir in dieser Höhle, Devils Hole genannt, Bohrkerne gezogen und daran die regionale Klimaentwicklung der vergangenen 200.000 Jahre rekonstruiert. Unsere Untersuchungen ergaben eine systematische Verschiebung des scheinbaren Alters mit der Tiefenlage der Proben. Wir konnten damit eine jahrzehntelange Debatte über die Chronologie der Klimaänderungen lösen und aufzeigen, dass die Devils Hole Daten für die letzten 200.000 Jahre mit der Milankovic Theorie kompatibel sind. Im neuen Projekt wollen wir diese Paläoklima-Aufzeichnung bis 800.000 Jahre zurück in die Vergangenheit analysieren. Dies wird es erstmals erlauben insgesamt mindestens acht Interglazial-Glazial Zyklen in einem festländischen Archiv außerhalb der Antarktis zu studieren. Zudem ist geplant die Schwankungen des Grundwasserspiegels zu rekonstruieren um dadurch das frühere Hydroklima in dieser Wüstenregion zu erfassen. Diese Daten werden einen wesentlichen Fortschritt im Verständnis der Klimageschichte und ihrer Steuerungselemente in dieser wichtigen Region darstellen.

Im Süden von Nevada befindet sich in der Wüste eine weltweit einmalige Unterwasserhöhle, die eine Fülle an Informationen über die Klima- und Umweltgeschichte dieses Teils der USA birgt: Devils Hole. Das Grundwasser, das langsam durch diese Höhle fließt, lagerte an den Wänden Kalzit ab. Über die Zeit bildete sich eine dicke Lage, die die Geschichte des Grundwassers und seiner Fluktuationen, und damit des Hydroklimas, über Jahrhunderttausende gespeichert hat. In diesem Projekt wurden die Änderungen des Grundwasserspiegels über mehr als 700.000 Jahre rekonstruiert. Während den langen Glazialzeiten stieg dieser auf mindestens 9,5 Meter über dem heutigen Niveau an. Mithilfe eines numerischen Grundwassermodells konnte gezeigt werden, dass dies einer Zunahme der Grundwasserneubildung von etwa 240% entspricht; ein klarer Hinweis, dass aufgrund der kühleren Temperaturen mehr Regen fiel und wesentlich weniger Niederschlag verdunstete. Während Interglazialzeiten herrschte hingegen stets Trockenheit und wir konnten Grundwasser-Tiefstände bis zu 1,6 Meter unter dem heutigen Niveau nachweisen. Diese extremen Zustände sind durchaus relevante Szenarien für die Klimazukunft in diesem Trockengebiet im Südwesten der USA. Weiters konnte gezeigt werden, dass die Grundwasserspiegelschwankungen die großen Klimaschwankungen der Nordhemisphäre widerspiegeln. Die Höhe des Grundwasserspiegels sowie die chemische Zusammensetzung des Grundwassers (gespeichert in den Kalzitlagen an den Höhlenwänden) ist somit ein "Kalender" der natürlichen Klimaschwankungen und weltweit in dieser Vollständigkeit einmalig. So zeigen die Devils Hole Ablagerungen eine große Änderung ihrer isotopischen Zusammensetzung am Ende von Glazialzeiten als der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre jeweils massiv angestiegen ist. Auch auf kürzeren Zeitskalen reagiert Devils Hole sensitiv auf Klimaänderungen; so konnten wir die Auswirkungen der so-genannten Heinrich-Ereignisse in den Kalzitlagen nachweisen; Zeiten, in denen die Eisschelfe um den Nordatlantik kollabierten und die Tiefenwasser-Zirkulation des Ozeans zum Erliegen kam. Zu diesen Zeiten war es in der Wüste von Nevada kühler und feuchter.